(57)【要約】【課題】  穴部の円筒状内面の加工コストを低減し得る微細加工装置を提供する。【解決手段】  円筒状内面２２の穴部を有する加工物１０を保持するための加工物保持部、加工物１０の穴部と略同一の曲率を有し、かつ突起部１２６が配置されている外側表面１２４を有する型工具１２１，１２２、型工具１２１，１２２を、穴部の内側に位置決めし、保持するための型工具保持部、型工具１２１，１２２の外側表面１２４の逆側に位置する内側表面１２８を押圧し、型工具１２１，１２２の外側表面１２４の突起部１２６によって、加工物１０の穴部の円筒状内面２２に、突起部１２６に対応する凹凸部を形成するための押圧工具１５０、および、押圧工具１５０を、穴部の軸方向に移動自在に保持するための押圧工具保持部を有する。【選択図】            図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状内面の穴部を有する加工物を保持するための加工物保持部、
前記加工物の穴部と略同一の曲率を有し、かつ突起部が配置されている外側表面を有する型工具、
前記型工具を、前記穴部の内側に位置決めし、保持するための型工具保持部、
前記型工具の外側表面の逆側に位置する内側表面を押圧し、前記型工具の外側表面の突起部によって、前記加工物の穴部の円筒状内面に、前記突起部に対応する凹凸部を形成するための押圧工具、および、
前記押圧工具を、前記穴部の軸方向に移動自在に保持するための押圧工具保持部
を有することを特徴とする微細加工装置。
【請求項２】
前記型工具は、円筒状であることを特徴とする請求項１に記載の円筒状内面の微細加工装置。
【請求項３】
前記型工具は、分割され、複数の分割型工具からなり、拡径自在であることを特徴とする請求項２に記載の微細加工装置。
【請求項４】
前記型工具保持部は、前記軸方向に垂直な平面に関し、前記型工具を、回転自在に保持することを特徴とする請求項３に記載の微細加工装置。
【請求項５】
前記型工具の回転は、数値制御されることを特徴とする請求項４に記載の微細加工装置。
【請求項６】
前記型工具は、拡径自在とするためのスリットを有することを特徴とする請求項２に記載の微細加工装置。
【請求項７】
前記スリットは、前記突起部の間隔よりも小さな幅を有することを特徴とする請求項６に記載の微細加工装置。
【請求項８】
前記型工具は、異なる形状の突起部を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の微細加工装置。
【請求項９】
前記型工具は、複数の領域に区分されており、当該区分ごとに異なる形状の突起部を有することを特徴とする請求項８に記載の微細加工装置。
【請求項１０】
前記型工具は、前記外側表面の突起部の周囲を取り囲んで配置される弾性構造体を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の微細加工装置。
【請求項１１】
前記型工具は、前記突起部の基部と前記外側表面との間に配置される弾性構造体を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の微細加工装置。
【請求項１２】
前記型工具の前記外側表面は、２層構造になっており、前記型工具は、前記外側表面の内部に配置される弾性構造体を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の微細加工装置。
【請求項１３】
前記押圧工具は、前記型工具の内側表面を押圧するための円盤状部材と、前記円盤状部材を回転自在に支持するための軸部と、を有することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の微細加工装置。
【請求項１４】
前記押圧工具は、前記型工具の内側表面を押圧するための球状部材と、前記球状部材を回転自在に保持するための保持部と、を有することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の微細加工装置。
【請求項１５】
前記押圧工具は、前記型工具の内面全面を覆うように配置される円筒状の外側部と、前記外側部の内側に挿入され、前記外側部の内側表面を押圧するための内側挿入体とを有することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の微細加工装置。
【請求項１６】
前記押圧工具の外側部は、分割され、複数の分割押圧部材からなり、前記押圧工具は、拡径自在であることを特徴とする請求項１５に記載の微細加工装置。
【請求項１７】
前記押圧工具は、前記分割押圧部材を中心方向に向かって、弾性的に拘束するための拘束部材を有することを特徴とする請求項１６に記載の微細加工装置。
【請求項１８】
前記加工物の穴部の円筒状内面に、前記突起部に対応する凹凸部を形成する際に、前記穴部の円筒状内面の変形を抑制するための変形抑制機構を有することを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１項に記載の微細加工装置。
【請求項１９】
前記変形抑制機構は、前記穴部の円筒状内面に対して、前記穴部の中心方向に向かった圧力を、外側から付加するための加圧手段と、前記加工物の穴部の円筒状内面に、前記突起部に対応する凹凸部を形成する際に、前記加圧手段を連動させて作動させるための制御手段と、を有することを特徴とする請求項１８に記載の微細加工装置。
【請求項２０】
前記加工物は、エンジンのシリンダであり、前記穴部の円筒状内面は、シリンダ穴内面であることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１項に記載の微細加工装置。
【請求項２１】
前記シリンダ穴内面に、前記突起部に対応する凹凸部を形成する際に、前記シリンダ穴内面の変形を抑制するための変形抑制機構を有し、
前記変形抑制機構は、前記シリンダ穴内面に対して、前記シリンダの中心方向に向かった圧力を、外側から付加するための加圧手段と、前記シリンダ穴内面に、前記突起部に対応する凹凸部を形成する際に、前記加圧手段を連動させて作動させるための制御手段とを有することを特徴とする請求項２０に記載の微細加工装置。
【請求項２２】
前記エンジンのシリンダブロックは、シリンダ穴内面の外周部に配置される冷却用溝部を有しており、
前記加圧手段は、前記溝部の内部に配置される袋体を有し、前記袋体は、加圧流体を導入することで膨出し、圧力を発生させることを特徴とする請求項２１に記載の微細加工装置。
【請求項２３】
前記エンジンのシリンダブロックは、シリンダ穴内面の外周部に配置される冷却用溝部を有しており、
前記加圧手段は、前記溝部の内部を密閉するためのシール手段を有し、前記溝部は、加圧流体を導入することで圧力を発生させることを特徴とする請求項２１に記載の微細加工装置。
【請求項２４】
請求項１〜２３のいずれか１項に記載の微細加工装置によって、穴部の円筒状内面を加工するための微細加工方法であって、
加工物保持部によって、円筒状内面の穴部を有する加工物を保持し、
前記加工物の穴部と略同一の曲率を有し、かつ突起部が配置されている外側表面を有する型工具を、型工具保持部によって、前記穴部の内側に保持し、
押圧工具保持部によって、押圧工具を前記穴部の軸方向に移動させながら、前記押圧工具によって、前記型工具の外側表面の逆側に位置する内側表面を押圧し、前記型工具の外側表面の突起部によって、前記加工物の穴部の円筒状内面に、前記突起部に対応する凹凸部を形成する
ことを特徴とする微細加工方法。
【請求項２５】
前記円筒状内面に形成される凹凸部の深さを、前記型工具の突起部の高さと略一致させることを特徴とする請求項２４に記載の微細加工方法。
【請求項２６】
前記加工物は、エンジンのシリンダであり、前記穴部の円筒状内面は、シリンダ穴内面であり、
ピストンの上死点近傍および下死点近傍に対応するシリンダ穴内面の部位における凹凸部の深さを、前記上死点近傍と下死点近傍との間に位置する中央部に対応するシリンダ穴内面の部位における凹凸部の深さをより大きくすることを特徴とする請求項２４に記載の微細加工方法。
【請求項２７】
前記加工物は、エンジンのシリンダであり、前記穴部の円筒状内面は、シリンダ穴内面であり、
ピストンのスカート部が接触するシリンダ穴内面の部位における凹凸部の深さを、スカート部と非接触であるシリンダ穴内面の部位における凹凸部の深さより大きくすることを特徴とする請求項２４に記載の微細加工方法。
【請求項２８】
前記加工物は、エンジンのシリンダであり、前記穴部の円筒状内面は、シリンダ穴内面であり、
シリンダ穴内面における凹凸部の深さを、シリンダとシリンダヘッドとを締結する部位から、前記シリンダ穴内面までの最短距離に比例させることを特徴とする請求項２４に記載の微細加工方法。
【請求項２９】
請求項２４〜２８のいずれか１項に記載の微細加工方法によって、穴部の円筒状内面が加工されたことを特徴とする加工物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒状内面の微細加工装置および微細加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリンダとピストンの焼き付きを防止および摩擦を低減するため、シリンダ穴内面の円筒状内面に、マスキング材を貼付けた後、全面をブラスト処理することで、微細な凹凸部を形成している（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００２−３０７３１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、マスキング材の貼付けや剥離のための工程、マスキング材の剥離後の洗浄のための工程などが存在し、多くの加工工程を必要とする。そのため、総加工時間、設備費および設備占有床面積が増大し、加工コストが上昇する問題を有する。
【０００４】
本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、穴部の円筒状内面の加工コストを低減し得る微細加工装置および微細加工方法を提供することを目的とする。また、本発明は、穴部の円筒状内面が微細加工されかつ良好な加工コストを有する加工物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、
円筒状内面の穴部を有する加工物を保持するための加工物保持部、
前記加工物の穴部と略同一の曲率を有し、かつ突起部が配置されている外側表面を有する型工具、
前記型工具を、前記穴部の内側に位置決めし、保持するための型工具保持部、
前記型工具の外側表面の逆側に位置する内側表面を押圧し、前記型工具の外側表面の突起部によって、前記加工物の穴部の円筒状内面に、前記突起部に対応する凹凸部を形成するための押圧工具、および、
前記押圧工具を、前記穴部の軸方向に移動自在に保持するための押圧工具保持部
を有することを特徴とする微細加工装置である。
【０００６】
上記目的を達成するための請求項２４に記載の発明は、
請求項１〜２３のいずれか１項に記載の微細加工装置によって、穴部の円筒状内面を加工するための微細加工方法であって、
加工物保持部によって、円筒状内面の穴部を有する加工物を保持し、
前記加工物の穴部と略同一の曲率を有し、かつ突起部が配置されている外側表面を有する型工具を、型工具保持部によって、前記穴部の内側に保持し、
押圧工具保持部によって、押圧工具を前記穴部の軸方向に移動させながら、前記押圧工具によって、前記型工具の外側表面の逆側に位置する内側表面を押圧し、前記型工具の外側表面の突起部によって、前記加工物の穴部の円筒状内面に、前記突起部に対応する凹凸部を形成する
ことを特徴とする微細加工方法である。
【０００７】
上記目的を達成するための請求項２９に記載の発明は、
請求項２４〜２８のいずれか１項に記載の微細加工方法によって、穴部の円筒状内面が加工されたことを特徴とする加工物である。
【発明の効果】
【０００８】
上記のように構成した本発明は以下の効果を奏する。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、押圧工具保持部によって、押圧工具を穴部の軸方向に移動させながら、押圧工具によって、型工具の外側表面の逆側に位置する内側表面を押圧することで、型工具の外側表面の突起部によって、加工物の穴部の円筒状内面に、前突起部に対応する凹凸部を形成することが可能である。そのため、マスキング材の貼付けや剥離のための工程や、マスキング材の剥離後の洗浄のための工程が不要であり、加工工程を削減することが可能である。つまり、穴部の円筒状内面の加工コストを低減し得る微細加工装置を提供することができる。
【００１０】
請求項２４に記載の発明によれば、押圧工具保持部によって、押圧工具を穴部の軸方向に移動させながら、押圧工具によって、型工具の外側表面の逆側に位置する内側表面を押圧することで、型工具の外側表面の突起部によって、加工物の穴部の円筒状内面に、前突起部に対応する凹凸部が形成される。そのため、マスキング材の貼付けや剥離のための工程や、マスキング材の剥離後の洗浄のための工程が不要であり、加工工程が削減される。つまり、穴部の円筒状内面の加工コストを低減し得る微細加工方法を提供することができる。
【００１１】
請求項２９に記載の発明によれば、シリンダ穴部の円筒状内面の微細加工は、加工コストを低減し得る微細加工方法が適用されている。つまり、穴部の円筒状内面が微細加工されかつ良好な加工コストを有する加工物を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
【００１３】
図１は、実施の形態１に係る加工物を説明するための側面図、図２は、図１に示される加工物の平面図である。
【００１４】
加工物は、エンジンのシリンダブロック１０に配置されるシリンダ２０であり、加工部位は、シリンダ穴内面（穴部の円筒状内面）２２である。シリンダ穴内面２２は、微細な凹凸部が形成される。凹凸部は、潤滑油溜りとして機能するため、シリンダとピストンとの間の焼き付きを防止し、また、シリンダの摩擦損失を低減することが可能である。
【００１５】
加工物および加工部位は、エンジンのシリンダおよびシリンダ穴内面に限定されず、円筒状内面を有する穴部が配置される他の部材に、適用することが可能である。なお、符号３０は、シリンダ穴内面２２の外周部に配置される穴部であり、シリンダヘッドの取付けに使用される。
【００１６】
図３は、実施の形態１に係る微細加工装置を説明するための側面図、図４は、図３に示される型工具を説明するための斜視図、図５は、型工具の突起部を説明するための斜視図、図６は、図３に示される型工具保持部を説明するための断面図、図７は、押圧工具および押圧工具保持部を説明するための断面図、図８は、押圧工具の配置を説明するための断面図、図９は、押圧工具のローラの変位量を説明するための断面図、図１０は、型工具の回転を説明するための断面図である。
【００１７】
微細加工（マイクロフォーミング）装置１００は、加工物保持部１１０、型工具１２０、型工具保持部１４０、押圧工具１５０、押圧工具保持部１７０、および台座部１８０を有する。
【００１８】
加工物保持部１１０は、シリンダ穴内面２２を有するシリンダ２０が配置されるシリンダブロック１０を保持するために使用され、図中奥行き方向に移動自在に設置される。
【００１９】
型工具１２０は、フランジ部１２３を有する円筒状中空体であり、シリンダ穴内面２２を構成する材料より大きな硬度を有する材料から形成され、微小な凹凸部からなる加工形状を、シリンダ穴内面２２に形成するために使用される。型工具１２０は、２分割され、複数の分割型工具１２１，１２２からなり、拡径自在であり、円筒状の型工具を、低コストかつ容易に製造している。型工具１２０の分割数は２に限定されない。
【００２０】
型工具１２０の外側表面１２４は、シリンダ穴内面２２と略同一の曲率を有し、かつ突起部１２６が配置されている。突起部１２６は、シリンダ２０の内径に比べて僅かに小さい微小構造体であり、シリンダ穴内面２２を構成する材料より大きな硬度を有する材料、例えば、ダイヤモンドや超硬合金から形成される。突起部１２６の間隔Ｗおよび高さＨは、目的とする加工形状に対応して決定される（図５参照）。なお、符号１２８は、型工具１２０の内側表面である。
【００２１】
型工具保持部１４０は、駆動ユニット１４４、駆動ユニット１４４を数値制御するための制御部（不図示）、および駆動ユニット１４４が支持される支柱部１４２を有する。駆動ユニット１４４は、型工具１２０を着脱自在に保持するための保持機構１４６を有しており、型工具１２０を、シリンダ２０の内側に挿入し、シリンダ２０の軸方向（鉛直方向）Ｚに移動させ、また、シリンダ２０の中心軸Ｓを中心に回転させるために使用される（図８および図１０参照）。
【００２２】
保持機構１４６は、アクチュエータ１４７、ガイドレール１４８およびガイド部１４９を有する（図６参照）。ガイド部１４９は、型工具１２０に取付けられ、ガイドレール１４８に沿って、内側方向に移動自在である。アクチュエータ１４７は、ガイド部１４９を介し、型工具１２０のフランジ部１２３の側方端面を押圧し、型工具１２０を内側方向に収縮させることで、型工具１２０の取外しを容易とする。
【００２３】
押圧工具１５０は、型工具１２０の外側表面１２４の逆側に位置する内側表面１２８を押圧し、型工具１２０の外側表面の突起部１２６によって、シリンダ穴内面２２に、突起部１２６に対応する凹凸部を形成するために使用される。
【００２４】
押圧工具１５０は、型工具１２０（分割型工具１２１，１２２）の内側表面１２８を押圧するためのローラ（円盤状部材）１５２と、ローラ１５２を回転自在に支持するための軸部が配置された保持部を有するアーム部１５４と、アーム部１５４を駆動するアクチュエータを有する駆動機構部１５６とを有する（図７参照）。ローラ１５２は、型工具１２０との摩擦を低減し、加工の際における型工具１２０の内側表面１２８へのダメージを軽減することが可能である。
【００２５】
ローラ１５２を保持するアーム部１５４は、押圧工具１５０の軸対称な位置に、ペア（ローラペア）となって配置され、円周方向に等間隔で、４セット設けられている（図８参照）。つまり、ローラ１５２およびアーム部１５４は、８個設置される。駆動機構部１５６は、流体式あるいは電動式であり、ローラ１５２の変位を制御可能である。ローラペアのセット数および配置位置は、特に限定されない。
【００２６】
ローラ１５２の変位は、ローラ１５２の外形によって定義されるローラペア間の離間距離Ｄ１が、シリンダ２０の径Ｄ２から、突起部１２６を含んだ型工具１２０の厚みＤ３の２倍の値を減じた残余Ｄ４（＝Ｄ２−２×Ｄ３）より、大きくなるように、制御され、ローラ１５２は、シリンダ穴内面２２に向かって移動する（図９参照）。
【００２７】
押圧工具保持部１７０は、押圧工具１５０を駆動するための駆動ユニット１７４と、駆動ユニット１７４が支持される支柱部１７２とを有する。駆動ユニット１７４は、シリンダ２０の軸方向Ｚに移動自在であり、押圧工具１５０を、シリンダ穴内面２２に沿って移動させるために使用される。なお、押圧工具１５０を回転自在に保持し、シリンダ２０の中心軸Ｓに垂直な平面において移動自在とするための機構を、駆動ユニット１７４に付加することも可能である。
【００２８】
突起部１２６が配置される型工具１２０の外側表面１２４は、シリンダ穴内面２２と略同一の曲率を有しており、押圧工具保持部１７０および型工具１２０の中心軸は、シリンダ２０の中心軸Ｓに一致させることが可能であるため、シリンダ穴内面２２に形成される微細な凹凸部は、シリンダ２０の円周方向に関し、均一な深さを有すこととなる。なお、凹凸部の深さは、式（２×Ｄ３＋Ｄ１−Ｄ２）／２）によって算出される。
【００２９】
台座部１８０は、略水平に固定的に設置され、型工具保持部１４０が配置される一端、型工具保持部１４０が配置される他端、および加工物保持部１１０が配置される中央部を有する。
【００３０】
以上のように、微細加工装置１００は、押圧工具保持部１７０によって、押圧工具１５０をシリンダ２０の軸方向（穴部の軸方向）Ｚに移動させながら、押圧工具１５０によって、型工具１２０の外側表面１２４の逆側に位置する内側表面１２８を押圧することで、型工具１２０の外側表面１２４の突起部１２６によって、シリンダ穴内面（加工物の穴部の円筒状内面）２２に、突起部に対応する凹凸部を形成することが可能である。そのため、マスキング材の貼付けや剥離のための工程や、マスキング材の剥離後の洗浄のための工程が不要であり、加工工程を削減することが可能である。
【００３１】
次に、実施の形態１に係る微細加工方法を説明する。
【００３２】
加工物保持部１１０に、シリンダブロック１０が載置される。加工物保持部１１０は、シリンダブロック１０のシリンダ２０の中心軸Ｓが、押圧工具１５０の真下に位置するように、移動し、押圧工具１５０の中心軸と、シリンダ２０の中心軸Ｓとを一致させる（図３参照）。
【００３３】
型工具１２０は、型工具保持部１４０の駆動ユニット１４４によって駆動され、シリンダブロック１０のシリンダ２０の内側に挿入および保持され、加工部位であるシリンダ穴内面２２に位置決めされる。
【００３４】
押圧工具１５０は、押圧工具保持部１７０の駆動ユニット１７４によって、下方に向って、シリンダ２０の軸方向Ｚに移動され、型工具１２０の内側に挿入自在である上方位置に、配置される（図７参照）。
【００３５】
押圧工具１５０の駆動機構部１５６によって、型工具１２０の内側表面１２８に向かってローラ１５２が移動するように、ローラ１５２の変位が制御され、目的とする凹凸部の深さを得るために、ローラペア間の離間距離Ｄ１が適宜設定される。押圧工具１５０は、押圧工具保持部１７０の駆動ユニット１７４によって、下方に向ってさらに移動され、型工具１２０の内側に挿入される。
【００３６】
押圧工具１５０のローラ１５２は、型工具１２０の内側表面１２８を押圧する。内側表面１２８の逆側に位置する型工具１２０の外側表面１２４は、突起部１２６が配置され、かつシリンダ穴内面２２に接しているため、シリンダ穴内面２２に、突起部１２６に対応する微細な凹凸部が形成される（図８参照）。凹凸部の深さは、上述のように、ローラペア間の離間距離Ｄ１に対応する値となる。なお、型工具１２０の隙間部（分割型工具１２１，１２２の間の空間）に位置するローラ１５２は、シリンダ穴内面２２と接触せず、凹凸部を形成しない。
【００３７】
押圧工具１５０が、型工具１２０の下端部に到達することで、シリンダ穴内面２２に、シリンダ２０の軸方向Ｚに沿った凹凸部が形成されることとなる。突起部１２６が配置される型工具１２０の外側表面１２４は、シリンダ穴内面２２と略同一の曲率を有しており、押圧工具保持部１７０および型工具１２０の中心軸は、シリンダ２０の中心軸Ｓに一致しているため、凹凸部は、シリンダ２０の円周方向に関し、均一な深さを有すこととなる。
【００３８】
押圧工具１５０の駆動機構部１５６によって、型工具１２０の内側表面１２８からローラ１５２が離間するように、ローラ１５２の変位が制御されると、押圧工具１５０は、押圧工具保持部１７０の駆動ユニット１７４によって、上方に向かって駆動され、型工具１２０の内側に挿入自在である上方位置に、復帰する（図７参照）。
【００３９】
型工具保持部１４０の駆動ユニット１４４は、型工具１２０をシリンダ２０の中心軸Ｓを中心に回転させる（図１０参照）。回転角度は、９０度である。その後、ローラ１５２の変位の制御、押圧工具１５０の下方に向ったシリンダ２０の軸方向Ｚの移動および復帰、型工具１２０の回転を、繰り返し、シリンダ穴内面２２の全面に渡って、微小な凹凸部を形成する。
【００４０】
型工具１２の回転角度は、９０度に限定されず、４５度としたり、途中で変化させたり、累積回転角度を、３６０度以上とすることも可能である。なお、型工具１２０は、複数の分割型工具１２１，１２２から構成されるが、型工具１２０の回転は、数値制御されるため、高精度であり、シリンダ穴内面２２の円周方向に、継ぎ目のない微細加工が施される。
【００４１】
シリンダ穴内面２２の微細加工が終了すると、押圧工具１５０は、押圧工具保持部１７０の駆動ユニット１７４によって、上方に向って移動され、型工具１２０から離間される。型工具保持部１４０の保持機構１４６のアクチュエータ１４７によって、ガイド部１４９を介し、型工具１２０のフランジ部１２３の側方端面が押圧されることで、型工具１２０が内側方向に収縮すると、型工具１２０が取り外される。
【００４２】
以上のように、押圧工具保持部１７０によって、押圧工具１５０をシリンダ２０の軸方向（穴部の軸方向）Ｚに移動させながら、押圧工具１５０によって、型工具１２０の外側表面１２４の逆側に位置する内側表面１２８を押圧することで、型工具１２０の外側表面１２４の突起部１２６によって、シリンダ穴内面（加工物の穴部の円筒状内面）２２に、突起部に対応する凹凸部が形成される。そのため、マスキング材の貼付けや剥離のための工程や、マスキング材の剥離後の洗浄のための工程が不要であり、加工工程が削減される。
【００４３】
図１１〜図１３は、実施の形態１に係る変形例１〜３を説明するための断面図であり、凹凸部の形状を示している。
【００４４】
ローラペア間の離間距離Ｄ１は、微細加工の際に、一定に保つことに限定されず、シリンダ２０の内側を降下中に変更することも可能であり、この場合、シリンダ２０の軸方向に沿って凹凸部の深さが変化する。
【００４５】
ピストンの上死点近傍および下死点近傍に対応するシリンダ穴内面２２の部位は、潤滑油の油膜厚さが薄くなる傾向がある。そのため、例えば、シリンダ穴内面２２の部位における凹凸部の深さを、上死点近傍と下死点近傍との間に位置する中央部に対応するシリンダ穴内面２２の部位における凹凸部の深さより大きくし、潤滑油の保持能力を向上させる場合、厳しい摺動条件においても、焼付きを防止することが可能である（図１１参照）。
【００４６】
ローラペア間の離間距離Ｄ１は、型工具１２を回転させた後で、変更することで、シリンダ２０の円周方向に関し、凹凸部の深さを変化させることも可能である。
【００４７】
ピストンのスカート部は、シリンダ穴内面２２に接触する。そのため、例えば、スカート部が接触するシリンダ穴内面２２の部位における凹凸部の深さを、スカート部と非接触であるシリンダ穴内面２２の部位における凹凸部の深さより大きくする場合、スカート部とシリンダ穴内面２２との直接接触を低減することが可能である（図１２参照）。
【００４８】
シリンダヘッドを取付ける際、シリンダ穴内面２２が変形すると、偏磨耗を引き起こす。そのため、例えば、突起部の高さを周方向に関して変化させた型工具を適用し、シリンダ穴内面２２における凹凸部の深さを、シリンダとシリンダヘッドとを締結する部位から、シリンダ穴内面２２までの最短距離に比例させる場合、偏磨耗の影響を低減することが可能である（図１３参照）。
【００４９】
図１４および図１５は、実施の形態１に係る変形例４および変形例５を説明するための斜視図であり、型工具の突起部を示しており、図１６は、変形例６を説明するための斜視図であり、型工具を示している。
【００５０】
型工具は、同一形状の突起部１２６を有することに限定されず、必要に応じて、突起部１２６の形状を、局所的に変更したり、突起部１２６が配置されない領域を設けたりすることで、多様な形状の凹凸部を得ることが可能である（図１４参照）。
【００５１】
凹凸部の形状を、分割型工具毎に変更することによっても、多様な形状の凹凸部を得ることも可能であり、この場合、型工具の製造コストが抑制される（図５および図１５参照）。また、型工具の外側表面１２４を、複数の領域に区分し、当該区分ごとに異なる形状の突起部を設けることも可能である。
【００５２】
型工具１２０に、スリット１３０を配置することで、分割することなく、拡径自在とすることも可能である。この場合、型工具１２０を回転させることなく、シリンダ穴内面の全面に渡って、凹凸部の形状を一括で得ることが可能である（図１６参照）。スリット１３０は、型工具１２０の上下の端面から交互に延長して形成され、その幅は、突起部１２６の間隔Ｗよりも小さことが好ましい。
【００５３】
図１７は、実施の形態１に係る変形例７を説明するための斜視図であり、押圧工具を示している。
【００５４】
押圧工具１６０は、ボール（球状部材）１６２と、ボール１６２を回転自在に保持するための保持部を有するアーム部１６４と、アーム部１６４を駆動するアクチュエータを有する駆動機構部１６６とを有する。ボール１６２は、ローラ１５２と同様に、型工具１２０との摩擦を低減すること可能である。そのため、押圧工具１６０は、押圧工具１５０と同様に、加工の際における型工具１２０の内側表面１２８へのダメージを軽減することが可能である。
【００５５】
以上にように、実施の形態１においては、穴部の円筒状内面の加工コストを低減し得る微細加工装置および微細加工方法を提供することが可能である。また、穴部の円筒状内面の微細加工は、加工コストを低減し得る微細加工方法が適用されている。つまり、穴部の円筒状内面が微細加工されかつ良好な加工コストを有する加工物を提供することができる。
【００５６】
図１８は、実施の形態２に係る微細加工装置を説明するための断面図、図１９は、図１８の線ＸＩＸ−ＸＩＸに関する断面図である。なお、実施の形態１と同様の機能を有する部材については類似する符号を使用し、重複を避けるため、その説明を省略する。
【００５７】
実施の形態２に係る微細加工装置は、型工具および押圧工具の構成に関し、実施の形態１に係る微細加工装置と概して異なる。
【００５８】
型工具２２０は、上下の端面から交互に延長して形成されているスリット２３０を有し、拡径自在であり、シリンダ穴内面２２の全面を覆うように配置される。
【００５９】
押圧工具２５０は、外側部２５１、拘束部材２６０および内側挿入体２６２を有する。外側部２５１は、型工具２２０の内側に配置され、円弧状断面を有する６個の分割押圧部材２５２から構成される。６個の分割押圧部材２５２は、全体として円筒状形状を呈し、型工具２２０の内面全面を押圧し得るように拡径自在に配置され、拘束部材２６０が配置される溝部２５３を有する。拘束部材２６０は、弾性体からなるリングであり、分割押圧部材２５２を、中心方向に向かって、弾性的に拘束する。外側部２５１の内径は、軸方向に沿って変化しており、外側部２５１は、２段からなるテーパ状内面２５４，２５５を有する。
【００６０】
内側挿入体２６２は、テーパ状外面２６４，２６５を有し、その外周形状は、外側部２５１のテーパ状内面２５４，２５５に対応している。内側挿入体２６２は、押圧工具保持部（不図示）に連結されており、シリンダ２０の軸方向に移動自在に保持されている。
【００６１】
内側挿入体２６２は、押圧工具保持部によって駆動され、分割押圧部材２５２（外側部２５１）の内側に挿入されると、テーパ状外面２６４，２６５は、分割押圧部材２５２のテーパ状内面２５４，２５５と接触し、分割押圧部材２５２を半径方向に移動させ、外側部２５１は拡張することとなる。
【００６２】
分割押圧部材２５２の外側には、型工具２２０が覆うように配置されているため、分割押圧部材２５２は、型工具２２０の内側表面２２８の全面を押圧する。内側表面２２８の逆側に位置する型工具２２０の外側表面２２４は、突起部２２６が配置され、かつシリンダ穴内面２２に接しているため、シリンダ穴内面２２の全面に、突起部２２６に対応する微細な凹凸部が、一括で形成されることになる。
【００６３】
図２０は、加工深さと押付け荷重との関係を説明するためのグラフ、図２１は、突起部の押し込み途中を説明するための断面図、図２２は、突起部の押し込み完了を説明するための断面図である。
【００６４】
型工具２２０の外側表面２２４を、シリンダ穴内面２２に押し付けると、外側表面２２４に配置される突起部２２６に対応する微細な凹凸部が、形成される。突起部２２６による加工深さＭは、押付け荷重Ｐと関連している。
【００６５】
突起部２２６がシリンダ穴内面２２に押し込まれている途中においては（図２１参照）、押付け荷重Ｐの増大に伴って加工深さＭが増加する。そして、突起部２２６の根元部がシリンダ穴内面２２に接触し、加工深さＭが突起部２２６の高さＨと一致すると（図２２参照）、面圧が急激に低下する。そのため、突起部２２６の押し込み完了後において押付け荷重Ｐを増大させる場合、加工深さＭの増加は、微小である。
【００６６】
したがって、加工深さＭが突起部２２６の高さＨと一致する際の値Ｐ１に、押付け荷重Ｐが到達したことを検出し、内側挿入体２６２を駆動する押圧工具保持部を制御することで、シリンダ穴内面２２に形成される凹凸部の深さが、一定となるように制御することが可能である。押付け荷重Ｐ１は、例えば、荷重センサーおよび変位センサーを利用し、微細加工前に予め測定して決定したり、微細加工中に決定することも可能である。
【００６７】
図２３は、実施の形態２に係る変形例１を説明するための断面図であり、型工具の突起部近傍を示しており、図２４は、加工深さと押付け荷重との関係を説明するためのグラフ、図２５は、突起部の押し込み途中を説明するための断面図、図２６は、突起部の押し込み完了を説明するための断面図、図２７は、突起部の押し込み完了後を説明するための断面図である。
【００６８】
型工具２２０は、外側表面２２４の突起部２２６の周囲を取り囲んで配置される弾性構造体２３５を有する。弾性構造体２３５は、シート状弾性体であり、突起部２２６の高さＨは、弾性構造体２３５の表面が基準となる。そのため、突起部２２６がシリンダ穴内面２２に押し込まれている途中においては（図２５参照）、押付け荷重Ｐの増加に伴って加工深さＭが増大する。
【００６９】
突起部２２６の根元部に配置される弾性構造体２３５が、シリンダ穴内面２２に接触し、加工深さＭが突起部２２６の高さＨと一致すると、面圧が急激に低下する（図２６参照）。突起部２２６の押し込み完了後において押付け荷重Ｐを増大させる場合、弾性構造体２３５が圧縮されることで、加工深さＭは、略一定に保たれる。弾性構造体２３５が圧縮限界に達し、弾性を呈さなくなると（図２７参照）、押付け荷重Ｐの増大に伴って、加工深さＭは、微増する。
【００７０】
したがって、加工深さＭが突起部２２６の高さＨと一致する際の値Ｐ１と、弾性構造体２３５が弾性を呈さなくなる際の値Ｐ２との間に、押付け荷重Ｐが位置する場合、シリンダ穴内面２２に形成される凹凸部の深さが、一定となる。したがって、押付け荷重Ｐの制御が容易である。また、弾性構造体２３５は、シリンダ穴内面２２へのダメージを低減する作用を有する点でも好ましい。
【００７１】
図２８および図２９は、実施の形態２に係る変形例２および変形例３を説明するための断面図であり、型工具の突起部近傍を示している。
【００７２】
弾性構造体２３５は、突起部２２６の周囲を取り囲んで配置される形態に限定されない。例えば、型工具２２０の外側表面２２４と、突起部２２６の基部との間に配置することも可能であり（図２８参照）、この場合、弾性構造体２３５は、突起部２２６の断面形状と一致する断面形状を有するブロック状弾性体である。また、型工具２２０の外側表面２２４を２層構造とし、バネなどの弾性体を含んでいる弾性機構からなる弾性構造体２３５を、内部に配置することも可能である（図２９参照）。
【００７３】
以上のように、実施の形態２は、突起部２２６に対応する微細な凹凸部を、シリンダ穴内面２２の全面に一括で形成することが可能である。したがって、加工速度を向上させることができる。
【００７４】
図３０は、実施の形態３に係る微細加工装置を説明するための断面図、図３１は、図３０に示される袋体の膨張を説明するための断面図なお、実施の形態１と同様の機能を有する部材については類似する符号を使用し、重複を避けるため、その説明を省略する。
【００７５】
実施の形態３に係る微細加工装置は、微細加工の際にシリンダ穴内面の変形を抑制するための変形抑制機構を有する点で、実施の形態１および実施の形態２に係る微細加工装置と概して異なる。
【００７６】
変形抑制機構は、袋体３９２、袋体保持部３８４、圧力発生装置３９６、配管系３９８および制御部３９７を有する。
【００７７】
袋体３９２は、加工物保持部３１０の載置されるシリンダブロック１０のシリンダ穴内面２２の外周部に配置される冷却用の溝部３５に挿入される。袋体３９２は、ゴム系または高分子材料等の弾性材料から形成されており、加圧流体を内部に導入し、圧力を付加することで、膨出自在である。
【００７８】
袋体保持部３８４は、押圧工具保持部の支柱部３７２に取り付けられ、シリンダ２０の軸方向に移動可能であり、袋体３９２をシリンダブロック１０の溝部３５の内側に位置決めするために使用される。
【００７９】
圧力発生装置３９６は、台座部３８０に設置され、袋体３９２を膨出させるための圧力（加圧流体）を発生させるために使用される。圧力発生装置３９６は、例えば、圧縮空気を発生させるコンプレッサや、圧縮水を発生させるポンプである。
【００８０】
配管系３９８は、袋体３９２と圧力発生装置３９６とを連結し、加圧流体を伝達するために使用される。
【００８１】
制御部３９７は、袋体保持部３８４および圧力発生装置３９６の動作を制御するために使用され、押圧工具による微細加工と連動させ、加圧流体を発生させる。
【００８２】
型工具および押圧工具によるシリンダ穴内面２２の微細加工の際、袋体保持部３８４を駆動し、袋体３９２をシリンダブロック１０の溝部３５の内側に位置決めして、圧力発生装置３９６を作動させる。袋体３９２は、圧力発生装置３９６からの配管系３９８を経由した加圧流体が内部に導入され、膨出する。
【００８３】
溝部３５は、シリンダ穴内面２２の外周部に配置されているため、溝部３５の内部において膨出した袋体３９２は、シリンダ穴内面２２に対して、シリンダ２０の中心方向に向かった圧力を、外側から付加し、微細加工の際に生じるシリンダ穴内面の変形を抑制する。したがって、実施の形態１および実施の形態２に比べて、高精度な微細加工を実施することが可能である。なお、袋体３９２に付加する圧力は、押圧工具によってシリンダ穴内面２２に付加される押圧力に基づいて決定することが好ましい。押圧力は、例えば、押圧工具の押付け圧力と押付け面積とによって算出することが可能である。
【００８４】
図３２は、実施の形態３に係る変形例１を説明するための断面図である。
【００８５】
変形例１に係る変形抑制機構は、袋体３９２の代わりに、溝部３５の内部を密閉するためのシール手段３９３を有する。そのため、シール手段３９３によって密閉された溝部３５の内部に、加圧流体を導入することで、微細加工の際にシリンダ穴内面の変形を抑制するための圧力を、発生させることが可能である。
【００８６】
したがって、袋体３９２の挿入が困難であるセミクローズドの構造を有する溝部３５においても、適用が容易である。
【００８７】
以上のように、実施の形態３は、微細加工の際に円筒状内面の変形を抑制することで、高精度な加工が可能である。
【００８８】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】実施の形態１に係る加工物を説明するための側面図である。
【図２】図１に示される加工物の平面図である。
【図３】実施の形態１に係る微細加工装置を説明するための側面図である。
【図４】図３に示される型工具を説明するための斜視図である。
【図５】型工具の突起部を説明するための斜視図である。
【図６】図３に示される型工具保持部を説明するための断面図である。
【図７】押圧工具および押圧工具保持部を説明するための断面図である。
【図８】押圧工具の配置を説明するための断面図である
【図９】押圧工具のローラの変位量を説明するための断面図である。
【図１０】型工具の回転を説明するための断面図である。
【図１１】実施の形態１に係る変形例１を説明するための断面図であり、凹凸部の形状を示している。
【図１２】実施の形態１に係る変形例２を説明するための断面図であり、凹凸部の形状を示している。
【図１３】実施の形態１に係る変形例３を説明するための断面図であり、凹凸部の形状を示している。
【図１４】実施の形態１に係る変形例４を説明するための斜視図であり、型工具の突起部を示している。
【図１５】実施の形態１に係る変形例５を説明するための斜視図であり、型工具の突起部を示している。
【図１６】実施の形態１に係る変形例６を説明するための斜視図であり、型工具を示している。
【図１７】実施の形態１に係る変形例７を説明するための斜視図であり、押圧工具を示している。
【図１８】実施の形態２に係る微細加工装置を説明するための断面図である。
【図１９】図１８の線ＸＩＸ−ＸＩＸに関する断面図である
【図２０】加工深さと押付け荷重との関係を説明するためのグラフである。
【図２１】突起部の押し込み途中を説明するための断面図である。
【図２２】突起部の押し込み完了を説明するための断面図である。
【図２３】実施の形態２に係る変形例１を説明するための断面図であり、型工具の突起部近傍を示している。
【図２４】加工深さと押付け荷重との関係を説明するためのグラフである。
【図２５】突起部の押し込み途中を説明するための断面図である。
【図２６】突起部の押し込み完了を説明するための断面図である。
【図２７】突起部の押し込み完了後を説明するための断面図である。
【図２８】実施の形態２に係る変形例２を説明するための断面図であり、型工具の突起部近傍を示している。
【図２９】実施の形態２に係る変形例３を説明するための断面図であり、型工具の突起部近傍を示している。
【図３０】実施の形態３に係る微細加工装置を説明するための側面図である。
【図３１】図３０に示される袋体の膨張を説明するための断面図である。
【図３２】実施の形態３に係る変形例１を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００９０】
１０・・シリンダブロック、
２０・・シリンダ、
２２・・シリンダ穴内面、
３０・・シリンダヘッド取付け用穴部、
３５・・溝部、
１００・・微細加工装置、
１１０・・加工物保持部、
１２０・・型工具、
１２１，１２２・・分割型工具、
１２３・・フランジ部、
１２４・・外側表面、
１２６・・突起部、
１２８・・内側表面、
１３０・・スリット、
１４０・・型工具保持部、
１４２・・支柱部、
１４４・・駆動ユニット、
１４６・・保持機構、
１４７・・アクチュエータ、
１４８・・ガイドレール
１４９・・ガイド部
１５０・・押圧工具、
１５２・・ローラ、
１５４・・アーム部、
１５６・・駆動機構部、
１６０・・押圧工具、
１６２・・ボール、
１６４・・アーム部、
１６６・・駆動機構部、
１７０・・押圧工具保持部、
１７２・・支柱部、
１７４・・駆動ユニット、
１８０・・台座部、
２２０・・型工具、
２２４・・外側表面、
２２６・・突起部、
２２８・・内側表面、
２３０・・スリット、
２３５・・弾性構造体、
２５０・・押圧工具、
２５１・・外側部、
２５２・・分割押圧部材、
２５３・・溝部、
２５４，２５５・・テーパ状内面、
２６０・・拘束部材、
２６２・・内側挿入体、
２６４，２６５・・テーパ状外面、
３１０・・加工物保持部、
３７２・・支柱部、
３８０・・台座部、
３８４・・袋体保持部、
３９２・・袋体、
３９３・・シール手段、
３９６・・圧力発生装置、
３９７・・制御部、
３９８・・配管系、
Ｄ１・・離間距離、
Ｄ２・・径、
Ｄ３・・厚み、
Ｄ４・・残余、
Ｈ・・高さ、
Ｍ・・加工深さ、
Ｐ，Ｐ１，・Ｐ２・・押付け荷重、
Ｓ・・中心軸、
Ｗ・・間隔、
Ｚ・・軸方向。
【図１】
2006181608.tif 000003
【図２】
2006181608.tif 000004
【図３】
2006181608.tif 000005
【図４】
2006181608.tif 000006
【図５】
2006181608.tif 000007
【図６】
2006181608.tif 000008
【図７】
2006181608.tif 000009
【図８】
2006181608.tif 000010
【図９】
2006181608.tif 000011
【図１０】
2006181608.tif 000012
【図１１】
2006181608.tif 000013
【図１２】
2006181608.tif 000014
【図１３】
2006181608.tif 000015
【図１４】
2006181608.tif 000016
【図１５】
2006181608.tif 000017
【図１６】
2006181608.tif 000018
【図１７】
2006181608.tif 000019
【図１８】
2006181608.tif 000020
【図１９】
2006181608.tif 000021
【図２０】
2006181608.tif 000022
【図２１】
2006181608.tif 000023
【図２２】
2006181608.tif 000024
【図２３】
2006181608.tif 000025
【図２４】
2006181608.tif 000026
【図２５】
2006181608.tif 000027
【図２６】
2006181608.tif 000028
【図２７】
2006181608.tif 000029
【図２８】
2006181608.tif 000030
【図２９】
2006181608.tif 000031
【図３０】
2006181608.tif 000032
【図３１】
2006181608.tif 000033
【図３２】
2006181608.tif 000034